不同生境土壤pH分布及其土壤養分特征——以莫莫格濕地為例

王翊婷 臧淑英

摘要 分析了吉林省莫莫格濕地區域7種不同生境表層土壤（0～20 cm）樣本pH和養分情況。結果表明，不同生境土壤pH和養分情況有明顯差異。研究區土壤均為堿性土壤，pH在楊樹次生林生境和玉米農田生境處于相對較低水平，分別為7.99±0.12和8.14±0.19。在不同生境中，裸露地表土（無植被覆蓋）的有機碳和全鉀含量最高，裸露堿斑地全氮含量最高，玉米農田生境銨態氮含量最高，楊樹次生林生境硝態氮含量最高，羊草草甸生境全磷含量最高，蘆葦生境速效鉀含量最高。土壤各項指標間土壤pH與土壤全氮、全鉀和速效鉀含量具有相關性。

關鍵詞 莫莫格濕地;pH;土壤養分;相關性分析

中圖分類號 S158? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）05-0135-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.034

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

The pH Distribution and Soil Nutrient Characteristic at Different Habitats—A Case Study of? Momoge Wetland

WANG Yi-ting，ZANG Shu-ying

（Heilongjiang Key Laboratory of Geographical Environment Monitoring and Spatial Information Service in Cold? Regions， Harbin Normal University， Harbin， Heilongjiang 150025）

Abstract pH values and nutrients of topsoil samples （0-20 cm） from seven different habitats were analyzed in Momoge Wetland， Jilin Province.The results indicated that there were significant differences in soil pH and nutrients in different habitats.The soils in the study area were all alkaline soils， and the pH values were relatively low in the poplar secondary forest and maize field， which were 7.99±0.12 and 8.14±0.19.In different habitats， TOC contents and TK contents in bare surface soil （no vegetation cover） were the highest，TN contents in exposed alkali patch were the highest， the contents of ammonium nitrogen were the highest in maize field habitat， the contents of nitrate nitrogen were the highest in poplar secondary forest habitat， the TP contents were the highest in Leymus chinensis meadow habitat， and the AK contents were the highest in reed habitat.Soil pH value was correlated with TN content， TK content and AK content.

Key words Momoge wetland;pH;Soil nutrient;Correlation analysis

基金項目 國家重點研發計劃項目（2016YFC0500404-6）。

作者簡介 王翊婷（1997—），女，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向：鹽堿修復。*通信作者，教授，博士，博士生導師，從事凍土退化研究。

收稿日期 2021-05-02

濕地是由水分、土壤、空氣、生物等組分共同構成的獨特復合型生態系統，具體可表現為在水陸相互作用下而形成的特殊自然綜合體，在生物多樣性和生態功能層面具有最高地位的生態系統[1]。近年來，濕地生態系統結構遭受嚴重破壞，發生了濕地面積銳減、景觀類型改變、生物多樣性減少等一系列不同程度的濕地退化現象。

我國對濕地的研究起步相對較晚，但發展比較迅速，目前在濕地退化各個研究領域均有涉獵，熱點研究區域主要包括四川若爾蓋高原濕地、黃河三角洲濕地、青海三江源濕地、遼河三角洲濕地以及太湖、洞庭湖、白洋淀等湖泊濕地。研究內容主要包括對濕地生物多樣性的評價及其保護措施的探討，濕地現狀及存在問題的分析，濕地退化機理和濕地生態功能的評價等方面。然而關于內陸鹽堿濕地退化的研究目前鮮見報道[2-5]。內陸鹽堿濕地指的是分布于干旱、半干旱及半干旱和亞濕潤過渡區，構成獨特的內陸鹽堿濕地生態系統的地理綜合體。具體表現為具有地表過濕或深度一般小于3 m的淺積水環境，發育有鹽堿土壤和鹽生生物群落。作為濕地系統的重要組成部分之一，內陸鹽堿濕地既具有濕地的共性，又具有自身獨特的屬性[6]。

莫莫格國家級濕地保護區是我國典型的內陸鹽堿濕地，在阻止松嫩平原西部鹽堿荒漠化的生態屏障層面具有重要的生態價值[7]。深入研究內陸鹽堿濕地不同生境濕地土壤養分特征，探究濕地退化對土壤性質的影響，為莫莫格地區退化濕地恢復和合理利用提供理論依據和參考經驗，同時對揭示內陸鹽堿濕地生態系統的生物化學過程及其生態效應具有重要意義。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

莫莫格濕地位于吉林省白城市鎮賚縣境內，面積約為14.4萬hm2。區內平均海拔為142 m，地勢呈西北高、東南低的特點。氣候類型屬于溫帶大陸性季風氣候。雨量在各季節分配懸殊，年均降水量為 392 mm。該濕地的水文情況主要受嫩江、二龍濤河、洮兒河和呼爾達河4條河流的影響。莫莫格濕地具有豐富的植物資源，初步統計共有600多種，分屬77科，其中，濕地高等植物占29科42屬54種[8]。

1.2 樣地設置與調查

2019年8月下旬，通過野外實地踏查和調研，根據采樣的代表性和可行性原則，在研究區選取7個典型的濕地生境采樣，分別為楊樹次生林生境（Ⅰ）、堿蓬草甸生境（Ⅱ）、羊草草甸生境（Ⅲ）、蘆葦生境（Ⅳ）、玉米農田生境（Ⅴ）、裸露堿斑地（Ⅵ）、裸露地表土（無植被覆蓋）（Ⅶ）。分別在所選的各樣地內，選取3個50 cm×50 cm 的樣方，按“S”型采集表層（0～20 cm）土壤樣品，除去礫石、樹根等雜物用滅菌自封袋密封帶回實驗室。

1.3 測定項目與方法

各指標測定方法見表1。

1.4 數據分析

利用Excel 2010及SPSS 19.0對試驗數據進行數據處理、統計分析，通過Origin 2018進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同生境土壤pH分布特征

pH是土壤的一項重要化

學性質，它直接影響土壤中各種養分元素的存在形態和對植物的有效性[9]。7種生境土壤pH>7，為堿性土壤，符合我國東北地區松嫩平原蘇打鹽堿土pH特征。7種不同生境類型之間土壤pH差異顯著（P<0.05），為7.99～9.67，其中，楊樹次生林生境pH最小為7.99±0.12，無植被覆蓋裸露地表土pH最高為9.67±0.23。灌木和喬木林的生長會吸收土壤中更多的陽離子，釋放更多的H+，中和土壤中的OH-，從而降低土壤pH，使楊樹次生林生境土壤的pH較低。玉米農田生境、蘆葦生境、羊草草甸生境等有植被覆蓋的生境相交于無植被覆蓋的鹽堿土壤pH較低。說明pH較低的土壤更適合植被的生長及作物的種植。

2.2 不同生境土壤化學性質差異

從圖1可以看出，在不同生境下，土壤有機碳含量有顯著差異（P<0.05）。在7種不同生境下，有機碳含量分布情況：蘆葦生境（17.55±0.53 g/kg）>無植被覆蓋裸露地表土（16.92±1.08 g/kg）>玉米農田生境（12.71±1.33 g/kg）> 裸露堿斑地（12.24±1.05 g/kg）>楊樹次生林生境（12.11±1.02 g/kg）>堿蓬草甸生境（11.11±0.84 g/kg）>羊草草甸生境（8.04±0.79 g/kg）;7種不同生境土壤全氮含量大部分存在顯著差異（P<0.05），不同生境土壤全氮含量分布：除楊樹次生林生境與羊草草甸生境的全氮含量無顯著差異外，其余5種生境土壤全氮含量均存在顯著差異，其中含量最高是裸露堿斑地（5.68±0.06 g/kg），最低為無植被覆蓋裸露地表土（0.09±0.04 g/kg）。7種不同生境土壤銨態氮含量是10.35～14.71 mg/kg，其中羊草草甸生境最低（10.35±0.90 mg/kg），玉米農田生境最高（14.71±0.57 mg/kg）。7種不同生境土壤硝態氮含量為0.35～65.10 mg/kg，其中堿蓬草甸生境最低（0.35±0.12 mg/kg），楊樹次生林生境最高（65.10±1.05 mg/kg）。不同生境下土壤全磷含量差異顯著（P<0.05），其中全磷含量最高的是羊草草甸生境，為（3.52±0.49） g/kg，最低的是裸露堿斑地，為（0.22±0.02）g/kg;不同生境中表層土壤全鉀和速效鉀含量均差異顯著（P<0.05）。其中，土壤全鉀含量最高的是裸露地表土（無植被覆蓋），為（16.30±0.56）g/kg，楊樹次生林生境全鉀含量最低，為（8.32±0.63）g/kg。不同生境土壤速效鉀含量為2.24～5.88 mg/kg，其中楊樹次生林生境速效鉀含量最低，為（2.24±0.12）mg/kg，蘆葦生境速效鉀含量最高，達（5.88±0.30）mg/kg。

2.3 不同生境土壤化學性質變異特征

研究區內不同生境表層土壤化學性質含量特征見表2。由表2可知，pH的變異系數為1.53%～3.37%，為低等變異。7種不同生境土壤有機碳含量的變異系數為3.01%～10.44%，表現出低等變異;全氮的變異系數為1.01%～40.14%，其中裸露地表土（無植被覆蓋）為中等變異，其余6種生境表現為低等變異;銨態氮含量的變異系數為3.88%～8.74%，為低等變異;硝態氮含量的變異系數為1.62%～35.59%，其中楊樹次生林生境和裸露地表土（無植被覆蓋）表現為低等變異，其余5種生境為中等變異;全磷的變異系數為4.13%～13.79%，為低等變異;全鉀的變異系數為2.74%～7.54%，為低等變異;速效鉀的變異系數為2.61%～5.16%，為低等變異。

2.4 不同生境土壤養分化學計量特征

由表3可知，7種不同生境中，除裸露堿斑地土壤的C/N和N/P表現出不同程度的中等變異水平外，其余6種生境土壤C/N、C/P和N/P以及裸露堿斑地C/P均表現為較低的變異水平。而在0～20 cm表層土壤中，裸露堿斑地C/N與其他生境土壤存在顯著差異，玉米農田生境N/P與其他生境土壤存在顯著差異。

2.5 不同生境土壤綜合評價

將7種不同生境土壤的pH、有機碳、全氮、銨態氮、硝態氮、全磷、全鉀和速效鉀含量8個因子（依次使用X 1，X 2，X 3，X 4，X 5，…，X 8），運用相關性分析及主成分分析法進行綜合評價。

由表4可知，土壤pH與土壤銨態氮含量呈顯著負相關（P<0.05），與土壤全鉀、速效鉀含量呈極顯著正相關（P<0.01）;土壤全氮含量與全磷含量呈極顯著負相關（P<0.01）;土壤全鉀含量與硝態氮含量呈顯著負相關（P<0.05）;土壤速效鉀含量與土壤全鉀含量呈極顯著正相關（P<0.01），與硝態氮含量呈極顯著負相關（P<0.01）。

土壤多個指標之間表現出顯著的相關關系，表明指標間存在信息重疊。采取主成分分析對指標進行分類整理。由表5可知，7種因子中有3種主成分貢獻率較大，分別為42.527%、20.216%、19.219%，累計貢獻率達81.962%，說明前3個主成分代表了全部性狀81.962%的綜合信息，即前3個主成分可以反映該土壤指標的主要信息。根據主成分計算公式，可得到3個主成分與原7項指標的線性組合見式（1）～（3）：

F 1=0.458X 1+0.030X 2+0.289X 3-0.326X 4-0.374X 5-0.148X 6+0.461X 7+0.475X 8（1）

F 2=0.098X 1+0.323X 2+0.438X 3+0.356X 4+0.263X 5-0.697X 6-0.107X 7-0.043X 8（2）

F 3=0.066X 1+0.717X 2-0.375X 3+0.369X 4+0.065X 5+0.261X 6+0.283X 7+0.230X 8（3）

以每個主成分對應的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例（用）作為權重計算主成分綜合模型，如式（4）～（5）：

F=b jF jb=（b 1F 1+b b 1F 1+F 2+b 3F 3+…+b kF k）b

（4）

F=42.527F 1+20.216F 2+19.219F 381.962（5）

把標準化的數據代入（1）～（3）式，可計算出7種生境分別在3個主成分上的得分。再依據主成分綜合得分模型（每個主成分對應的特征值與這些值占所提取主成分總特征值之和的比值）得到綜合得分F。分析得知，第1主成分為速效鉀、全鉀、pH、銨態氮、硝態氮，第2主成分為土壤全磷、全氮，第3主成分為有機碳。7種生境中得分最高的是玉米農田生境。

3 討論

土壤有機碳含量是對土壤進行肥力評價時需要參考的重要指標，不同生境、不同植被覆蓋會對土壤有機碳含量產生影響[10]。該研究中，7種生境土壤有機碳含量差異顯著（P<0.05）。蘆葦生境TOC含量顯著高于玉米農田生境及其他生境，這是由于蘆葦長期處于自然生長狀態下，較少被人類活動干預，蘆葦植物根系間微生物加速了土壤主要成分的分解活動。而玉米農田生境及無植被裸地人為活動頻繁，影響了土壤結構加速有機質分解。楊樹次生林生境、堿蓬草甸生境與羊草草甸生境有機質含量相對較低，可能是由于植被的生長消耗了部分有機質含量，這與秦川等[11]、尹煒等[12]研究結果一致。氮、磷元素作為土壤養分的重要組成部分，其含量可以說明不同生境對土壤質量的影響。土壤氮素是植物吸收的大量元素之一，是土壤養分最重要的指標[13]。研究區0～20 cm土壤中的全氮含量為0.09～5.68 g/kg，明顯偏低。研究表明，銨態氮和硝態氮是土壤中有效氮存在的主要形式，也是能被植物根系直接吸收的氮形態。在7種不同生境中，楊樹次生林生境在全氮、銨態氮和硝態氮含量上均表現出較高水平，這是因為楊樹通過其根系分泌物及地表植物殘體向土壤輸送氮元素，在其生長發育過程中促進土壤微生物活動。說明林地要比農業用地和草地更利于養分的累積，這與劉帥楠等[14]、張帥等[15]研究結果較為一致。不同生境土壤中，羊草草甸生境全磷含量最高，裸露堿斑地全磷含量最低，主要原因是羊草草甸生境所處區域的人為干擾小，能夠構成一個封閉的生態系統，基本實現物質能量的自我循環利用，因而磷素含量較高;而裸露堿斑地會受到人為活動的干擾以及pH影響，引起土壤磷素的減少，因而全磷含量最低，這與劉沛松等[16]的研究結果一致。土壤中的鉀元素是植物生長的必需營養元素，其受耕作方式、成土條件等影響，是土壤肥力的重要物質基礎。從土壤指標相關性分析可以看出，不同生境土壤全鉀及速效鉀含量均與pH呈顯著正相關，說明該地區土壤鉀元素含量與土壤酸堿度密切相關。

研究表明，C、N、P元素會在植物與土壤之間發揮耦合作用，既會影響植物的生長又會影響土壤養分含量[17]。該研究區內，不同生境土壤養分貧瘠，各項指標含量均為較低的水平。該研究區裸露堿斑地表現出較高的C/N，這是由于該生境氮元素相對匱乏，導致土壤C/N偏高。朱秋蓮[18]、杜滿義等[19]研究表明，較高的C/N 會限制土壤微生物活動從而抑制有機質分解速率。在土壤養分化學計量特征中C/P用來表征土壤磷礦化水平和反映土壤微生物對土壤中磷元素轉化能力的指標[20]，而N/P是預測土壤養分限制類型的重要指標之一[21]。該研究區內，7種不同生境土壤C/P和N/P均處于較低水平，說明該研究區土壤中磷元素分解速率較快而氮元素相對匱乏。

4 結論

（1）研究區不同生境土壤pH為7.99～9.67，屬于堿性土壤，且土壤pH與土壤全氮含量呈顯著負相關（P<0.05），與土壤全鉀、速效鉀含量呈極顯著正相關（P<0.01）。

（2）研究區內，7不同生境土壤養分間具有明顯差異，C/N、C/P和N/P普遍處于較低水平。

（3）速效鉀、全鉀、pH、銨態氮、硝態氮為7種不同生境土壤養分的第1主成分，玉米農田生境在主成分中得分最高。

參考文獻

[1] 林春英，李希來，韓輝邦，等.黃河源區河漫灘濕地土壤和植被變化特征[J].江蘇農業科學，2016，44（4）：423-426.

[2] 韓大勇，楊永興，楊楊，等.濕地退化研究進展[J].生態學報，2012，32（4）：289-303.

[3] 王振芬.三江平原濕地不同土地利用方式對土壤養分及酶活性的影響[J].水土保持研究，2019，26（2）：43-48.

[4] 孫飛達，李飛，陳文業，等.若爾蓋退化高寒濕地土壤理化性質、酶活性及微生物群落的季節動態[J].生態學報，2020，40（7）：2396-2406.

[5] 黃蓉，王輝，馬維偉，等.尕海洪泛濕地退化過程中土壤理化性質的變化特征[J].水土保持學報，2014，28（5）：221-227.

[6] 萬忠娟，于少鵬，王海霞，等.松嫩平原內陸鹽堿濕地的類型特征及分布規律[J].濕地科學，2003，1（2）：141-146.

[7] 李迪，姜艷君.莫莫格保護區濕地生態系統服務功能價值評估[J].環境與發展，2019，31（10）：194-196.

[8] 劉波，呂憲國，姜明，等.莫莫格扁稈藨草恢復濕地土壤種子庫對長芒稗入侵的響應[J].生態學報，2016，36（8）：2217-2222.

[9] 張忠啟，茆彭，于東升，等.近25年來典型紅壤區土壤pH變化特征：以江西省余江縣為例[J].土壤學報，2018，55（6）：1545-1553.

[10] 李鑒霖，江長勝，郝慶菊.縉云山不同土地利用方式土壤有機碳組分特征[J].生態學報，2015，35（11）：3733-3742.

[11] 秦川，何丙輝，蔣先軍.三峽庫區不同土地利用方式下土壤養分含量特征研究[J].草業學報，2016，25（9）：10-19.

[12] 尹煒，朱惇，雷俊山，等.丹江口水庫典型消落區不同土地利用類型土壤養分分布[J].長江流域資源與環境，2015，24（7）：1185-1191.

[13] NSHOLM T，EKBLAD A，NORDIN A，et al.Boreal forest plants take up organic nitrogen[J].Nature，1998，392（6679）：914-916.

[14] 劉帥楠，李廣，吳江琪，等.黃土丘陵區不同土地類型下土壤養分特征：基于生態化學計量學[J].草業學報，2021，30（3）：200-207.

[15] 張帥，許明祥，張亞鋒，等.黃土丘陵區土地利用變化對深層土壤有機碳儲量的影響[J].環境科學學報，2014，34（12）：3094-3101.

[16] 劉沛松，王健勝，楚純潔，等.豫西低山丘陵區不同土地利用方式對陡坡地土壤理化性狀的影響[J].干旱地區農業研究，2014，32（1）：208-212，229.

[17] MCGRODDY M E， DAUFRESNE T， HEDIN L O.Scaling of C：N：P stoichiometry in forests worldwide：Implications of terrestrial redfield-type ratios[J].Ecology，2004，85（9）：2390-2401.

[18]朱秋蓮.黃土丘陵區不同植被帶立地條件對植物—枯落物—土壤生態化學計量特征的影響[D].楊凌：西北農林科技大學，2013.

[19] 杜滿義，封煥英，張連金，等.華北石質山區不同植被恢復類型土壤碳、氮特征[J].生態學雜志，2018，37（6）：1849-1855.

[20] 彭學義，賈亞男，蔣勇軍，等.中梁山巖溶槽谷區不同土地類型土壤生態化學計量學特征[J].中國農學通報，2019，35（5）：84-92.

[21] 甘華陽，張順之，梁開，等.北部灣北部濱海濕地水體和表層沉積物中營養元素分布與污染評價[J].濕地科學，2012，10（3）：285-298.